А. Григорьев - О чём не пишут в книгах по Delphi

Протокол TCP называется потоковым потому, что он собирает входящие пакеты в один поток. В частности, если в буфере сокета лежат 30 байтов, принятые по сети, не существует возможности определить, были ли эти 30 байтов отправлены одним пакетом, 30 пакетами по 1 байт, или еще как-либо. Гарантируется только то. что порядок байтов в буфере совпадает с тем порядком, в котором они были отправлены. Принимающая сторона также не ограничена в том, как она будет читать информацию из буфера: все сразу или по частям. Это существенно отличает TCP от UDP, в котором дейтаграммы не объединяются и не разбиваются на части.

Склеивание пакетов осуществляется не только принимающей, но и отправляющей стороной. Библиотека сокетов может придержать в выходном буфере то, что кладет программа, и потом отправить одним пакетом данные, которые программа складывала в буфер постепенно. И наоборот, данные большого объема могут быть отправлены по частям, поэтому возможна ситуация, когда принимающая сторона находит в своем буфере только часть сообщения, посланного своим визави. Это значит, что оставшаяся часть сообщения придет позже. Будут ли пакеты сливаться или разбиваться на части, зависит от пропускной способности и текущей загрузке сети, определяется это алгоритмом, который называется алгоритмом Нагла.

TCP применяется там, где программа не хочет заботиться о проверке целостности данных. За отсутствие этой проверки приходится растачиваться более сложной процедурой установления и восстановления связи. Если при использовании UDP сообщение не будет отправлено из-за проблем в сети или на удаленной стороне, никаких действий перед отправкой следующего сообщения выполнять не нужно и можно использовать тот же сокет. В случае же TCP, как уже было сказано, необходимо сначала уничтожать старый сокет, затем создать новый и подключить его к серверу, и только потом можно будет снова отправлять сообщения. Другим недостатком TCP по сравнению с UDP является то, что через один TCP-сокет все пакеты отправляются только по одному адресу, в то время как через UDP-сокет разные пакеты могут быть отправлены по разным адресам. И наконец, TCP не позволяет рассылать широковещательные сообщения. Но, несмотря на эти неудобства, TCP применяется существенно чаще UDP, потому что автоматическая проверка целостности данных и гарантия их доставки является очень важным преимуществом. Кроме того, TCP гарантирует более высокую безопасность в Интернете (это связано с тем, что обеспечить безопасность при передаче данных легче при наличии соединения, а не в ситуации, когда пакеты могут передаваться от кого угодно кому угодно).

То, что TCP склеивает данные в один поток, не всегда удобно. Во многих случаях пакеты, приходящие по сети, обрабатываются отдельно, поэтому читать их из буфера желательно тоже по одному. Это просто сделать, если все пакеты имеют одинаковую длину. Но при различной длине пакетов принимающая сторона заранее не знает, сколько байтов нужно прочитать из буфера, чтобы получить ровно один пакет и ни байта больше. Чтобы обойти эту ситуацию, в пакете можно предусмотреть обязательный заголовок фиксированной длины, одно из полей которого хранит длину пакета. В этом случае принимающая сторона может читать пакет по частям: сначала заголовок известной длины, а потом тело пакета, размер которого стал известен благодаря заголовку. Другой способ разделения пакетов — вставка между ними заранее оговоренной последовательности байтов, которая не может появиться внутри пакета.

Но самое неудобное то, что пакеты не только склеиваются, но и разбиваются на части. Принимающая сторона может получить пакет меньшего размера, чем отправленный, если этот пакет был послан по частям, и на момент его чтения принимающей стороной еще не все части были получены. Тогда приходится повторять операцию чтения данных, пока не будет получено все, что нужно.

В отличие от UDP, в TCP данные, которые программа отправляет одной командой, могут разбиваться на части и отправляться несколькими IP-пакетами. Поэтому ограничение на длину данных, отправляемых за один раз, в TCP отсутствует (точнее, определяется доступными ресурсами системы). Количество данных, получаемое отправителем за одну операцию чтения, ограничено размером низкоуровневого буфера сокета и может быть разным в различных реализациях. Следует иметь в виду, что при переполнении буфера принимающей стороны протокол TCP предусматривает передачу отправляющей стороне сигнала, по которому она приостанавливает отправку, причём этот сигнал прерывает всю передачу данных между этими двумя компьютерами с помощью TCP, т.е. это может повлиять и на другие программы. Поэтому желательно не допускать таких ситуаций, когда у принимающей стороны в буфере накапливается много данных.

Сеть не только позволяет пересылать полезные данные, но и может служить путем проникновения вредоносных программ, несанкционированного доступа к данным и т.п. С этим, естественно, борются, и один из способов борьбы — сетевые экраны (они же брандмауэры, иди firewalls). Мы здесь не будем детально знакомиться с ними, но затронем эту тему, потому что сетевые экраны могут повлиять на работоспособность наших примеров. Сетевые экраны бывают аппаратными и программными. Их общий принцип действия заключается в проверке пакетов, идущих по сети, и блокировании тех из них, которые не удовлетворяют заданным критериям. Критерии могут быть различными и зависят от настройки конкретного сетевого экрана. Все пакеты делятся на входящие и исходящие. Для входящих UDP-сообщений обычно оставляют открытыми некоторые порты, а все сообщения, присланные на другие порты, отсекаются. Для исходящих сообщений тоже может быть задан набор портов, но обычно сетевые экраны осуществляют проверку по-другому: у них есть список приложений, которым разрешено отправлять исходящие UDP-сообщения, а пакеты, отправляемые другими приложениями, сетевой экран не пропускает.

Для протокола TCP настройки обычно задаются на уровне соединения, а не отдельного пакета. Составляется список портов, открытых для внешнего подключения. Если сервер использует порт не из этого набора, клиент не сможет к нему подключиться. Для исходящих подключений тоже составляется список программ, которым разрешено это к делать, и, если клиент, отсутствующий в "белом" списке сетевого экрана, пытается подключиться к удаленному серверу, сетевой экран не допускает этого.

Здесь описаны наиболее типичные способы локальной фильтрации пакетов сетевым экраном. В каждом конкретном случае могут применяться другие правила.

При тестировании своих примеров или примеров из этой книги вы можете столкнуться с тем, что программы по непонятным причинам не могут обмениваться данными по сети, и это может объясняться работой сетевых экранов. Проконсультируйтесь у администратора сети насчет настроек сетевых экранов в вашей сети и согласуйте с ним возможность работы с теми или иными портами и запуска ваших приложений.